人體睡眠管理監(jiān)測的智能床墊設(shè)計

葛亮 毛雪文 胡海珊 鄧孟杰 祝天培

摘要：隨著科技不斷的進步和社會快速的發(fā)展，人們越來越關(guān)注自己的身體健康狀況，普通家庭也開始對睡眠監(jiān)測產(chǎn)品感興趣。本文通過采用嵌入式技術(shù)，對溫濕度、光強度、噪音、空氣質(zhì)量等睡眠環(huán)境參數(shù)、呼吸心跳以及翻身情況進行睡眠全過程狀態(tài)監(jiān)測，對睡眠參數(shù)信息存儲和顯示，實現(xiàn)睡眠過程監(jiān)視、綜合信息分析與智能預(yù)警、運行管理和輔助應(yīng)用等功能，實現(xiàn)集中管理和一體化集成聯(lián)動，同時也能對用戶存在的疾病進行預(yù)警，并對用戶的睡眠質(zhì)量進行準(zhǔn)確評估，為睡眠質(zhì)量的提高與疾病的準(zhǔn)確預(yù)警提供可靠的保障。

1.前言

《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》以及《“健康中國2030 ”規(guī)劃綱要》等國家近期推行的科技及健康發(fā)展政策中指出，推進健康中國建設(shè)，堅持預(yù)防為主，推行健康文明的生活方式，營造綠色安全的健康環(huán)境，減少疾病發(fā)生，同時要積極支持智能設(shè)備的發(fā)展，讓人們可以不去醫(yī)院，就能享受智能醫(yī)療設(shè)備的相關(guān)科技發(fā)展帶來的便捷與效益，滿足目前人們對健康的需求現(xiàn)狀與當(dāng)下智能設(shè)備的迅速發(fā)展的現(xiàn)狀?！督】抵袊袆樱?019—2030年）》向全社會發(fā)出健康倡議：成年人每天應(yīng)保持7到8小時睡眠，同時應(yīng)規(guī)律作息，積極調(diào)適心理，有了睡眠問題及時就醫(yī)。隨著科技不斷的進步和社會快速的發(fā)展，人們越來越關(guān)注自己的身體健康狀況，普通家庭也開始對睡眠監(jiān)測產(chǎn)品感興趣。

目前，國內(nèi)市場上存在各式各樣的睡眠監(jiān)測工具，以輔助于睡眠質(zhì)量評估。如眾所周知卻尚未被廣泛使用的睡眠儀，其作為睡眠監(jiān)測工具，操作復(fù)雜，成本較高，且易受睡眠環(huán)境的干擾;亦或者小巧玲瓏的可穿戴智能手表，相較于睡眠儀，其成本較低，但其對睡眠的監(jiān)測僅局限于輕度睡眠和深度睡眠的時段記錄，不能系統(tǒng)地記錄并反映整個睡眠過程中的狀態(tài)，功能性有所欠缺。國外不少研究機構(gòu)對智能睡眠監(jiān)控床墊的研發(fā)開始了積極的探索?日本研制出了一款枕頭式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)，這款產(chǎn)品與枕頭結(jié)合有很高的應(yīng)用價值。系統(tǒng)將壓力傳感器放在枕頭的下方來測量使用者的心率、呼吸率以及體動等生理參數(shù)。設(shè)備的一個優(yōu)點就是可以做到全天候監(jiān)測睡眠情況。韓國也在無接觸睡眠監(jiān)測系統(tǒng)上有所研究，用氣墊來獲取人體生理信號并計算呼吸速率和心率。兩套系統(tǒng)都實現(xiàn)了基本的睡眠指標(biāo)的檢測，如呼吸速率、心率以及體動，但功能尚不夠完善，無法做到睡眠分析以及呼吸事件判定。國內(nèi)航空醫(yī)學(xué)研究所的俞夢孫院士在無接觸睡眠監(jiān)測設(shè)備研宂中做出了卓越的貢獻。其領(lǐng)頭研發(fā)的微動敏感床墊式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)能在使用者感受不到任何壓力的情況下完成睡眠狀態(tài)的監(jiān)測。床墊獲取的信息主要有心率、體動、呼吸速率等信息，在這些信息的基礎(chǔ)之上得到使用者睡眠時間結(jié)構(gòu)分期等信息。不過產(chǎn)品主要用于軍事領(lǐng)域中，在普通家庭中沒有得到廣泛使用。因此，急需一種用于人體睡眠管理監(jiān)測的智能床墊。

2.睡眠管理監(jiān)測的智能床墊結(jié)構(gòu)設(shè)計

所設(shè)計的人體睡眠管理監(jiān)測的智能床墊如圖1所示，其中，1-硅膠內(nèi)墊，2-墊套，3-壓電傳感帶，4-慣性傳感器，5-加速度陀螺儀，6-核心控制模塊，7-存儲模塊，8-藍牙無線通信模塊，9-空氣質(zhì)量檢測模塊，10-光強度檢測模塊，11-溫濕度檢測模塊，12-聲音檢測模塊，13-蜂鳴器，14-觸摸顯示屏，15-電源模塊。

墊套2內(nèi)頂部車縫連接有兩個相互交錯設(shè)置的壓電傳感帶3;兩壓電傳感帶3端部均設(shè)有慣性傳感器4;兩壓電傳感帶3交叉位置設(shè)有加速度陀螺儀5;簡而言之，采用兩根壓電傳感條3放置于使用者的胸部和腹部位置，使用者在睡眠過程中的呼吸動作會對壓電傳感條3產(chǎn)生一個壓力動作，壓電傳感帶3會產(chǎn)生與呼吸動作變化相符的微電信號電頻信號并傳輸至核心控制模塊6內(nèi)進行分析處理得出呼吸次數(shù)與心跳次數(shù);通過慣性傳感器4和加速度陀螺儀5對睡眠過程中發(fā)生的翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進行采集;硅膠內(nèi)墊1內(nèi)部分別設(shè)有核心控制模塊6、存儲模塊7和藍牙無線通信模塊8;硅膠內(nèi)墊1一側(cè)分別設(shè)有空氣質(zhì)量檢測模塊9、光強度檢測模塊10和溫濕度檢測模塊11;硅膠內(nèi)墊1頂部兩角端分別設(shè)有聲音檢測模塊12。

3.智能床墊設(shè)計技術(shù)方案

所述墊套內(nèi)頂部車縫連接有兩個相互交錯設(shè)置的壓電傳感帶;兩所述壓電傳感帶端部均設(shè)有慣性傳感器;兩所述壓電傳感帶交叉位置設(shè)有加速度陀螺儀;所述硅膠內(nèi)墊內(nèi)部分別設(shè)有核心控制模塊、存儲模塊和藍牙無線通信模塊;所述硅膠內(nèi)墊一側(cè)分別設(shè)有空氣質(zhì)量檢測模塊、光強度檢測模塊和溫濕度檢測模塊;所述硅膠內(nèi)墊頂部兩角端分別設(shè)有聲音檢測模塊。

進一步地，所述硅膠內(nèi)墊靠近控制質(zhì)量檢測模塊一側(cè)分別設(shè)有蜂鳴器和觸摸顯示屏。進一步地，所述硅膠內(nèi)墊遠離聲音檢測模塊一端面設(shè)有電源模塊。

4.結(jié)尾語

本文提供一種人體睡眠管理監(jiān)測的智能床墊，通過采用嵌入式技術(shù)，對溫濕度、光強度、噪音、空氣質(zhì)量等睡眠環(huán)境參數(shù)、呼吸心跳以及翻身情況進行睡眠全過程狀態(tài)監(jiān)測。

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本項目受衢州市科技局項目2019K02資助。